DE102011112226A1 - Multi-model multi-sensor device for contact-less detection and monitoring of physiological signals of resting or active working people, has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection of physiological signals
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Multi-model multi-sensor device for contact-less detection and monitoring of physiological signals of resting or active working people, has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection of physiological signals

A61B5/7207—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts

A61B5/721—Signal processing specially adapted for physiological signals or for diagnostic purposes for noise prevention, reduction or removal of noise induced by motion artifacts using a separate sensor to detect motion or using motion information derived from signals other than the physiological signal to be measured

Abstract

The multi-model multi-sensor device has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection and monitoring of significant physiological signals. The sensor functionalities or sensor partitions integrated into each other inside a multi-sensor contain an electrical and an optoelectronic device. The electrical and an optoelectronic device enables a simultaneous capacitive measurement of an electric field and a photoplethymographic measurement of light scattering of the dermal blood volume pulse or the material between sensor and patient.

Werden mehrere Sensoren in einem Array in eine Matratzenauflage integriert, so ermöglichen diese Sensoren die Auswahl des am besten an den Patienten angekoppelten Sensors und somit die Messung eines sehr guten EKG-Signals. If several sensors are integrated in an array in a mattress, these sensors allow the selection of the best sensor coupled to the patient and thus the measurement of a very good ECG signal.Die Diskriminierung der Sensoren kann entweder mittels eines künstlich in den Patienten eingespeisten elektrischen Signals oder über das Vorhandensein eines optischen Pulssignals erfolgen. The discrimination of the sensors can be done either by means of an artificially injected into the patient or electrical signal about the presence of an optical pulse signal.

Die Integration mehrerer kontaktfreier Sensorprinzipien in einem integrierten Sensor und die Verwendung des optischen Signals als Artefakt-Detektion, wie sie hier auch geschützt werden soll, ist nach unserem Kenntnisstand bisher nicht Gegenstand von allen uns bekannten Veröffentlichungen anderer Arbeitsgruppen. The integration of multiple contact sensor principles in an integrated sensor and the use of the optical signal as an artifact detection as it should also be protected here has not object from all we know of Publications of other working groups, to our knowledge.

Die Hauptaufgabe der Erfindung liegt darin, das oben Geschriebene erstmalig in Form einer einfach und kostengünstig realisierbaren Multisensor-Vorrichtung zur ortsaufgelösten, artefaktresistenten Überwachung von physiologischen Signalen umzusetzen. The main object of the invention is to implement the above-written for the first time in the form of a simple and cost feasible multisensor device for the spatially resolved, artifact-resistant monitoring of physiological signals.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. A solution of this object is characterized in claim. 1Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der folgenden Ansprüche. Further developments of the invention are the subject of the following claims.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben, auf die im Übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. The invention is described below, without limiting the general inventive idea with reference to embodiments with reference to the drawings, with respect to the disclosure of all not explained in detail in the text details the invention is expressly referred to in the remainder.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jedem der verwendeten Multisensoren mindestens eine Sensorpartition mit mindestens einem Lichtdetektor und mindestens einer selektiven Lichtquelle befindet, wobei der Abstand zwischen den Lichtdetektoren und den einzelnen Lichtquellen gleich ist. Device according to claim 1 to 8, characterized in that at least one sensor partition is located in each of the multi-sensors that are used with at least one light detector and at least one selective light source, the distance between the light detectors and each of the light sources is the same.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich in jedem der verwendeten Multisensoren mindestens eine Sensorpartition mit mindestens einem Lichtdetektor und mehreren selektiven Lichtquellen oder mindestens einer selektiven Lichtquelle und mehreren Lichtdetektoren befindet, wobei der Abstand zwischen den einzelnen Lichtquellen und den einzelnen Lichtdetektoren unterschiedlich ist, so dass verschiedene Erfassungstiefen des dermalen Blutvolumenpulses gezielt erreicht werden, aber auch Eigenschaften des Stoffes zwischen Sensor und Haut charakterisiert werden können. Device according to claim 1 to 8, characterized in that at least one sensor partition is located in each of the multi-sensors that are used with at least one light detector and a plurality of selective light sources or at least one selective light source and plurality of light detectors, wherein the distance between the individual light sources and the individual light detectors different is such that different depths of the detection dermal blood volume pulse are specifically achieved, but also properties of the substance between the sensor and the skin can be characterized.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der verwendeten Multisensoren frequenzselektive Lichtquellen als LEDs ausgebildet sind, die in ausgesuchtem Wellenlängenbereich im sichtbaren und nahen Infrarotbereich des Spektrum das Messlicht ausreichender Intensität emittieren. Device according to claim 1 to 10, characterized in that in each of the multi-sensors used frequency selective light sources are designed as LEDs that emit the measuring light of sufficient intensity in carefully selected wavelength range in the visible and near infrared region of the spectrum.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in jedem der verwendeten Multisensoren an wahlweise gleichen oder verschiedenen Schwerpunktwellenlängen das Messlicht emittieren. Device according to claim 1 to 10, characterized in that the light sources in each of the multi-sensors that are used to selectively emit the same or different center wavelengths, the measuring light.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen in jedem der verwendeten Multisensoren an solchen Schwerpunktwellenlängen das Messlicht emittieren, dass eine transkutane Bestimmung der dermalen arteriellen Sauerstsättigung ermöglicht wird. Device according to claim 1 to 10, characterized in that the light sources emit the measuring light in each of the multi-sensors that are used in such centroid wavelengths that transcutaneous determination of the dermal arterial Sauerstsättigung is made possible.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im funkgestörtem Scenario, in welchem die Erfassung der körpereigenen elektrischen Felder nicht sicher möglich wird, das reine optoelektronische Arbeitsregime zur Erfassung von bestimmter physiologischer Signale eingestellt wird, wobei die Elektroden an der Vorderseite des Multisensors mit der metallischen Beschichtung der Sensorrückseite zusammengeschaltet werden und als Abschirmung des Sensors dienen. Device according to claim 1 to 10, characterized in that in funkgestörtem scenario, in which the detection of the endogenous electric fields is not certainly possible, the pure optoelectronic work regime is set for the detection of certain physiological signals, wherein the electrodes on the front side of the multi-sensor with the metallic coating of the sensor rear side are connected together and serve as a shield of the sensor.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der verwendeten Multisensoren die Partitionen zusätzlich zu einer ortsaufgelösten Ableitung anderer Biopotentiale, z. Device according to claim 1 to 10, characterized in that in each of the multi-sensors that are used in addition to the partitions a spatially resolved derive other biopotentials, z.B. eines elektromyographischen Signals, verwendet werden können. As an electromyographic signal may be used.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der verwendeten Multisensoren zumindest eine Sensorpartition mit mindestens einem Temperatursensor-Paar vorhanden ist. Device according to claim 1 to 10, characterized in that in each of the multi-sensors that are used at least one sensor partition with at least one temperature sensor pair is present.

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhandensein mehrere Sensorpartitionen einzelne Partitionen in beliebiger Weise zusammengeschaltet werden können, so dass entweder lokale Potentialdifferenzen gemessen werden können, oder eine größere Elektrodenfläche für eine bessere Ankopplung gewählt werden kann. Device according to claim 1 to 10, characterized in that in the presence of a plurality of sensor partitions individual partitions can be connected together in any desired manner, so that either local potential differences can be measured, or a larger electrode surface for a better coupling can be selected.

DE2011101122262011-08-302011-08-30Multi-model multi-sensor device for contact-less detection and monitoring of physiological signals of resting or active working people, has sensors for simultaneous capacitive and optoelectronic detection of physiological signals
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Calibrated measurement of blood vol. using finger skin reflection or transmission photoplethysmography - obtaining two calibration point signals relating to conditions with and without blood displacement from measurement area

Calibrated measurement of blood vol. using finger skin reflection or transmission photoplethysmography - obtaining two calibration point signals relating to conditions with and without blood displacement from measurement area

Wu, Kin-fai; Zhang, Yuang-ting (2008): Contactless and continuous monitoring of heart electric activities through clothes on a sleeping bed. In: International Conference on Technology and Applications in Biomedicine, 2008. Shenzhen, China. Institute of Biomedical and Health Engineering; Engineering in Medicine and Biology Society; International Conference on Technology and Applications in Biomedicine; ITAB; International Conference on Information Technology and Applications in Biomedicine; International Symposium & Summer School on Biomedical and Health Engineering; IS3BHE. Piscataway, NJ: IEEE, S. 282-285